碳源的选择,不能错过的碳源!!

为缓解和控制水体的富营养化,国家制定的污水排放标准越来越严格。然而,当前大部分污水处理厂普遍存在低碳相对高氮磷的水质特点,由于有机物含量偏低,采用常规脱氮工艺无法满足缺氧反硝化阶段对碳源的需求,导致反硝化过程受阻,并抑制厌氧好氧菌增殖,使得氨氮(NH₃—N)的同化作用下降,大大影响了污水处理厂脱氮效果,尤其进入低温季节情况更为严重。
为了解决这一问题,一方面可以通过增加反硝化缺氧区的体积,延长反硝化时间来增加脱氮效果,但这种方法需要扩建污水处理厂,基建费用高,可操作性不强;另一方面,可以通过向缺氧区投加外碳源,以补充碳源的方式提高反硝化速率。实践证明,投加碳源是污水处理厂解决这类问题的重要手段。
碳源的种类
目前市面上常用的碳源包括:甲醇、乙酸、乙酸钠、面粉、葡萄糖、生物质碳源、污泥水解上清液、啤酒废水及垃圾渗滤液等。在使用过程中,需要根据实际工程情况选择合适的碳源。现对各种常用的碳源进行对比,分析其优缺点:
1. 甲醇
普遍认为甲醇作为外碳源具有运行费用低和污泥产量小的优势。甲醇作为碳源时,C/N > 5 时能达到较好效果。但其弊端有三:
① 作为化学药剂,成本相对较高;
② 响应时间较慢,甲醇并不能被所有微生物利用,当投加后需要一定的适应期直到完全富集,用于应急投加时效果不佳;
③ 具有一定的毒害作用,长期使用对尾水排放会造成一定影响。
2. 乙酸钠
乙酸钠的优点在于它能立即响应反硝化过程,可作为水厂应急处置时使用。普遍认为乙醇反硝化速率不如甲醇高,但由于没有毒性,污泥产率与甲醇相差不多,可作为甲醇的替代碳源。以乙醇为碳源,硝酸盐为电子受体时,最佳 C/N = 5,碳源缺乏时会引起亚硝酸盐积累。
使用乙酸钠需考虑以下三点:
① 多为 20%、25%、30% 的液体,当量 COD 低,运输费用高,不能远距离运输;
② 产泥量大,增加污泥处理费用;
③ 价格较为昂贵,大规模投加几乎不可能。
3. 乙酸
乙酸的优点在于它能立即响应反硝化过程,能用作水厂运行时的应急处理。由于是小分子有机酸,反硝化菌易于利用,脱氮效果最好。但是由于价格较贵,污泥产率高,且目前污水厂的污泥处置问题也是一个较大的公关难题,因此大规模投加乙酸钠几乎不可能。
4. 糖类
以葡萄糖为代表的糖类物质作为外加碳源处理效果不错。但它作为一种多分子化合物,容易引起细菌大量繁殖,导致污泥膨胀,增加出水中 COD,影响出水水质。同时,与醇类碳源相比,糖类物质更容易产生亚硝态氮积累,因此并不提倡大量使用葡萄糖作为外投碳源。
缺点:
① 需要现场配置成溶液,劳动强度大,投加精准性差,大型污水处理厂无法使用;
② 工业葡萄糖含杂质多,食品葡萄糖价格贵。
5. 生物质碳源
随着污水脱氮要求的提高,新兴起专业生产碳源的企业,通过生物工程原理对糖类、农产品废料等进行发酵,生产无毒无害的生物制品,主要组分是小分子有机酸、醇类、糖类。其较单一的化学品更容易被微生物利用,使用成本比单一化学品便宜,具备极高的性价比。
弊端:
① 产品的稳定性待提高,使用前需对每批次产品当量 COD 进行检测。
6. 污泥水解上清液
生物转化挥发酸 VFA 来源于污泥水解的上清液。由于水解所产生的 VFA 拥有很高的反硝化速率,碳源可直接由污水厂内部提供,在污泥减容的同时减少了运输问题,是目前比较有优势的碳源。
对于污泥水解利用做外碳源的研究,目前结论不一,但总体认为它作为反硝化脱氮系统的碳源是一种很有价值的方法。然而,对于不同的污泥和水解条件,所产生的 VFA 组分有较大差别,进而引起反硝化速率的不同,因此如何统一化研究应用仍是难题。
此外,若直接将水解污泥作为外碳源,还要考虑水解过程中氮磷的释放问题,这部分氮磷若以碳源形式投加,势必会增加污水处理厂的氮磷负荷,这是利用污泥水解液的另一大难题。
碳源的选择
在理论上,各类碳源都能保证出水总氮达到排放标准,但要考虑多个因素:
碳源投加的成本:这是碳源的当量 COD 价格与投加量的综合算法,需要理论计算加实际运行的投加量确定;
碳源产泥率:投加碳源必定会增加污泥产量,而污泥处理成本很高,是选择碳源必须考虑到的重要一项;
保证污水运行的稳定性:投加碳源目的是为了脱氮,因此要兼顾污水处理厂的运行稳定,如尽可能避免污泥膨胀、出水 COD 升高、亚硝基氮累积等。



